Kỹ sư Huy K. Tran (áo nâu, đứng gần giữa ảnh) tại trung tâm mô phỏng FutureFlight Central của NASA Ames trong một buổi giới thiệu mô phỏng quản lý không lưu. Ảnh: NASA/Jesse Carpenter.

Một lớp vật liệu ở mặt ngoài tàu vũ trụ có thể chỉ cần làm việc trong vài phút khắc nghiệt nhất của cả hành trình. Khi con tàu lao vào khí quyển với tốc độ lớn, tấm chắn phải chịu dòng nhiệt rất cao; vật liệu tiêu hao dần, cháy và than hóa có kiểm soát để mang nhiệt ra khỏi cấu trúc cần bảo vệ. Với PICA, một vật liệu nhẹ do NASA Ames phát triển, cách “hy sinh” lớp ngoài ấy đã trở thành nền tảng cho nhiều hành trình trở về Trái đất hoặc đi xuyên khí quyển hành tinh.

Trong lịch sử phát triển PICA có dấu ấn của kỹ sư vật liệu gốc Việt Huy K. Tran. Hồ sơ chính thức của NASA cho biết bà sinh ra và lớn lên tại Việt Nam, bắt đầu thực tập tại NASA năm 1982 ở phòng thí nghiệm vật liệu bảo vệ nhiệt và tốt nghiệp ngành kỹ thuật vật liệu tại San Jose State University. NASA xác định bà là người dẫn dắt nhóm phát minh Phenolic Impregnated Carbon Ablator, thường được gọi tắt là PICA, đồng thời ghi nhận những đóng góp của bà cho phần cứng trên bảy nhiệm vụ của cơ quan này.

Nhẹ đi để chịu được sức nóng lớn hơn

PICA gồm một nền sợi carbon mật độ thấp được thấm nhựa phenolic. NASA đưa ra mật độ điển hình khoảng 0,27 g/cm³ và đánh giá vật liệu có khả năng tiêu hao hiệu quả trong môi trường dòng nhiệt cao. Trọng lượng thấp là yếu tố đặc biệt quan trọng với tàu vũ trụ, bởi mỗi phần khối lượng dành cho tấm chắn nhiệt đều ảnh hưởng tới phần khối lượng còn lại của phương tiện và tải trọng khoa học.

Cách gọi Huy K. Tran là người dẫn dắt nhóm phát minh cần được hiểu đúng theo bản chất công việc tập thể. Bằng sáng chế Hoa Kỳ US5536562A, nộp năm 1994 và được cấp năm 1996 cho vật liệu ceramic mật độ thấp thấm nhựa, ghi năm nhà phát minh, trong đó có Huy K. Tran. Trong khi đó, hồ sơ nhân sự NASA dùng cụm “lead inventor” khi nói về vai trò của bà đối với PICA. Vì vậy, đóng góp của nữ kỹ sư gốc Việt là vai trò dẫn dắt trong một nhóm sáng chế, không phải thành quả của một cá nhân đứng riêng khỏi đồng nghiệp.

Thách thức lúc đó không dừng ở việc chứng minh một mẫu vật liệu nhỏ có thể chịu nhiệt. PICA còn phải được chế tạo thành tấm chắn đủ kích thước, đạt độ đồng nhất và chịu được điều kiện của một nhiệm vụ thật. Lịch sử NASA Ames ghi nhận các kỹ sư của trung tâm đã đưa công nghệ từ mẫu nghiên cứu tới mô hình tấm chắn toàn kích thước, sau đó phối hợp với đối tác công nghiệp để chế tạo tấm chắn PICA nguyên khối cho tàu Stardust.

Khoa học vật liệu thường tiến lên từ những câu hỏi rất cụ thể về cách vật chất phản ứng trước nhiệt, lực hay hư hỏng. Ở một hướng hoàn toàn khác, Phụ nữ Mới từng giới thiệu vật liệu tự chữa lành của một nữ kỹ sư trẻ, nơi mục tiêu lại là giúp polymer phục hồi sau tổn thương. Hai công nghệ không cùng cơ chế, nhưng cùng cho thấy giá trị của nghiên cứu vật liệu nằm ở việc thiết kế phản ứng của vật chất trước điều kiện sử dụng thực tế.

Huy K. Tran (giữa, trang phục xanh) tại lễ trao Giải thưởng Danh dự của NASA ngày 28/3/2024. Ảnh gốc được NASA Glenn Research Center lưu với mã GRC-2024-C-02009. Ảnh: NASA/GRC/Quentin Schwinn.

Stardust đưa PICA qua phép thử ngoài phòng thí nghiệm

PICA có phép thử quan trọng khi được chọn cho khoang chứa mẫu của Stardust. Tàu được phóng năm 1999 để thu thập vật chất từ sao chổi Wild 2; ngày 15/1/2006, khoang mẫu trở về Trái đất. NASA xác nhận đây là tàu vũ trụ đầu tiên đưa mẫu từ một sao chổi về Trái đất, đồng thời là lần bay đầu tiên chứng minh PICA trong một nhiệm vụ thực tế.

Trong bài tự thuật được NASA lưu trữ, Huy K. Tran xem khoảnh khắc khoang Stardust hạ xuống Utah là một trong những thời điểm quan trọng nhất sự nghiệp. Bà nhấn mạnh tấm chắn nhiệt bảo vệ hộp mẫu được xây dựng bởi nhóm của mình. Cách kể đó phù hợp với hồ sơ kỹ thuật: NASA xác nhận bà dẫn dắt phát minh PICA, trong khi bằng sáng chế cho thấy công nghệ này là kết quả của nhiều nhà phát minh.

Sau Stardust, PICA không bị đóng lại như một vật liệu dành riêng cho một nhiệm vụ. NASA đã sử dụng PICA cho các hệ thống bảo vệ nhiệt của Mars Science Laboratory đưa Curiosity xuống Sao Hỏa, Mars 2020 đưa Perseverance xuống hành tinh này và khoang trả mẫu của OSIRIS-REx. Với OSIRIS-REx, việc tận dụng thiết kế và kinh nghiệm từ Stardust còn giúp nhóm kỹ thuật kế thừa dữ liệu đã có thay vì bắt đầu lại toàn bộ quá trình từ đầu.

Đây cũng là ranh giới cần giữ khi đánh giá đóng góp của Huy K. Tran. Những tấm chắn trên các nhiệm vụ về sau là sản phẩm của các nhóm kỹ thuật, nhà sản xuất và chương trình khác nhau. Không có căn cứ để quy toàn bộ những ứng dụng đó thành thành tựu cá nhân của bà. Dấu ấn của Huy K. Tran nằm ở nền công nghệ PICA mà các thế hệ sau có thể tiếp tục thử nghiệm, điều chỉnh và đưa vào những phương tiện mới.

Năm 2026, hai nhánh phát triển của PICA tiếp tục được thử sức

Một nhánh phát triển sau này là Conformal PICA, hay C-PICA. NASA cho biết khoang W-5 trở về Trái đất ngày 29/1/2026 với toàn bộ tấm chắn nhiệt làm bằng C-PICA do doanh nghiệp được chuyển giao công nghệ sản xuất. Đến chuyến W-6 trở về ngày 18/5, tấm chắn có thêm hai viên C-PICA do NASA Ames chế tạo bằng một phương pháp sản xuất khác và gắn thiết bị để thu dữ liệu nhiệt trong chuyến bay.

Diễn biến này không có nghĩa Huy K. Tran trực tiếp tạo ra các tấm chắn W-5 hay W-6. C-PICA là một thế hệ vật liệu conformal được phát triển về sau trên nền họ công nghệ PICA. Giá trị của mối liên hệ nằm ở dòng kế thừa công nghệ: kiến thức về vật liệu carbon–phenolic mật độ thấp được tiếp tục thay đổi về kiến trúc và quy trình sản xuất để phù hợp những nhu cầu khác.

Một tấm chắn nhiệt PICA-D trong quá trình tích hợp. PICA-D là biến thể được phát triển về sau từ họ vật liệu PICA, sử dụng cho các chương trình bảo vệ nhiệt thế hệ mới của NASA. Ảnh: NASA Science/NASA.

Nhánh thứ hai là PICA-D. NASA bắt đầu phát triển vật liệu thay thế từ năm 2017 khi nguồn sợi rayon dùng cho PICA truyền thống gặp vấn đề về nguồn cung. Một nguồn sợi khác được lựa chọn để tạo PICA-D, trong khi phần lớn cách xử lý và thông số sản xuất vẫn kế thừa PICA trước đó. Hồ sơ kỹ thuật NASA năm 2026 cho biết vật liệu này đã trải qua chương trình đánh giá cơ học và nhiệt – kết cấu kéo dài nhiều năm.

Tháng 6/2026, NASA thông báo vật liệu bảo vệ nhiệt dành cho tàu Dragonfly đã hoàn thành một loạt thử nghiệm nhiệt – kết cấu, trong đó mẫu vật chịu nhiệt độ khoảng 4.500°F, tương đương gần 2.500°C. PICA-D hoạt động theo kỳ vọng ngay cả ở những mẫu được chủ động tạo khuyết tật để kiểm tra khả năng chịu sai lệch chế tạo. Tuy vậy, NASA cũng nói rõ nhóm nghiên cứu còn phải phân tích thêm trước khi tấm chắn nhiệt cuối cùng được chế tạo; do đó chưa thể gọi đây là một vật liệu đã chứng minh bằng chuyến bay Dragonfly.

Điều tồn tại qua nhiều thập niên vì thế không phải một tấm chắn nhiệt bất biến. PICA nguyên bản, C-PICA và PICA-D khác nhau về kiến trúc hoặc nguồn nguyên liệu, được phát triển bởi những nhóm ở những thời kỳ khác nhau. Chuỗi kế thừa ấy cho thấy một công nghệ nền có thể tạo giá trị lâu dài khi thế hệ sau đủ dữ liệu để kiểm tra lại, sửa đổi những điểm không còn phù hợp và tiếp tục đặt nó trước các điều kiện khó hơn.

Trong bức tranh rộng hơn về những nhà khoa học nữ gốc Việt thành danh trên thế giới, trường hợp Huy K. Tran mang một nét riêng. Thành quả dễ nhận ra nhất không nằm ở một chức danh hay số lượng giải thưởng, mà ở một vật liệu từng được tạo ra cho một bài toán kỹ thuật cụ thể rồi tiếp tục để lại nền tảng cho những thế hệ công nghệ sau.

PICA, C-PICA và PICA-D khác nhau thế nào?

PICA: Vật liệu carbon–phenolic mật độ thấp được NASA Ames phát triển từ thập niên 1980. PICA từng được sử dụng trên Stardust, Curiosity, Perseverance và OSIRIS-REx.

C-PICA: Conformal PICA là nhánh phát triển sau PICA, hướng đến vật liệu linh hoạt hơn về hình dạng và bề mặt sử dụng. Các khoang W-5 và W-6 đã mang C-PICA trong những lần trở về Trái đất năm 2026.

PICA-D: Biến thể dùng nguồn sợi thay thế được NASA phát triển từ năm 2017. PICA-D đang được chuẩn bị cho Dragonfly; các thử nghiệm nhiệt – kết cấu đã đạt kết quả theo kỳ vọng nhưng việc chế tạo tấm chắn cuối cùng vẫn còn ở phía trước.